數位調變之實驗結果

在數位調變的實驗中我們個別產生四種不同的調變信號，分別是 1M 、2M、

5.5M、 11M bps (依序為 BPSK、DQPSK、OQPSK、QPSK)，其 time domain 的波 形如下:圖 4.1、圖 4.2、圖 4.3、圖 4.4。

黃線及紅線分別代表 I+、I-，相位相差 180 度，藍線及綠線分別代表Ｑ+、

Ｑ-，相位相差 180 度，且單路的 I+或 I- 的 Voltage swing，即 Vpk-pk=530mV。

I+ I- Q+

Q-圖 4.1 1Mbps IQ Waveform

圖 4.2 2Mbps IQ Waveform

1M 、2M bps 本質上屬於 BPSK 調變，因此從 time domain 波形觀察，只有兩 種相位變化，且相差 180°。

圖 4.3 5.5Mbps IQ Waveform

圖 4.4 11Mbps IQ Waveform

而 5.5M、 11M bps 的相位包含(0°、90°、180°、270°)，從波形上看來與 1M、2M bps 就有明顯的差異。

我們將 input power 範圍從-20dBm 升至 0dBm ，每 1dB 為一個 Step，在四 種不同的調變下經過 PA 後，利用 Power meter (Agilent E4416A)量測其 Output Power，且對 Input Power 及 Output Power 作圖，可以得到第二章所提到關於 P1dB Gain Compression 點的特性，觀察其非線性的曲線，量測兩片 Sample，

得到結果如下:圖 4.5、圖 4.6、圖 4.7、圖 4.8。

根據 P1dB 的定義:當實際 Output Power 跟理想 Output Power 相差 1dB 時，

這個 Input Power 為 P1dB 點，且從以下幾個圖的結果可看出，當 Pin=-11dBm 時，理想 Pout 與實際的 Pout 相差 1dB，因此 P1dB 點為-11dBm，當 Pin 大於 -11dBm 之後，PA 已呈現飽和的狀態，Input Power 再加大，Output Power 也 不再跟著變大，此時 PA 非線性現象愈明顯。

觀察四種不同的調變下得到的 P1dB 點，其結果均相同，落在 Pin=-11dBm 的地方，證明 PA 的 P1dB 與調變的方式無關。

Sample1 1Mbps P1dB

Sample1 2Mbps P1dB

0

Sample1 5.5Mbps P1dB

Sample1 11Mbps P1dB

0

相同的方式，將 Input Power 範圍設定在-20dBm ~ 0dBm，每 1dBm 為一個 step，將經過 PA 放大之後的信號送進向量信號分析儀加以降頻、解調，得到 我們需要的參數：EVM(rms)、Phase err、Magnitude err、Quadrature err、

IQ Gain Imbalance。

1M bps (BPSK) 2M bps (DQPSK)

5.5M bps (OQPSK) 11M bps (QPSK)

圖 4.9 802.11b EVM Constellation

如圖.4.9 表示出四種不同調變經由向量信號分析儀(Vector Signal

Analyzer)解調出來的 IQ constellation (星狀圖)，在 PA 進入非線性區時的 EVM(rms)隨著數位調變的不同而有不同的結果，

分別是 EVM(rms) 1Mbps~2Mbps>11Mbps>5.5Mbps（1Mbps EVM performance 最 差，5.5Mbps 最好），由附圖直觀地說，紅點散得愈開，則 EVM performance 愈差，紅點聚得愈密，則 EVM performance 愈好，至於為什麼 1Mbps EVM 最差，

5.5Mbps 最好? 我們已在上一章做完分析探討。原因在於 zero-crossing 的 機率不同所導致。Zero-crossing 的機率高，則 EVM 較差，zero-crossing 的 機率低，則 EVM 較好。

一般來說，若是 data length 過長，或 VSA 抓取的 chip length 過多，那麼 zero-crossing 的比例較不易觀察出，因此在設定 VSA 時需要抓取中間適量的 Data 即可。圖 4.10 表示實際透過向量信號分析儀解出的 IQ constellation，

其中以 2M 及 5.5Mbps 最能看出其 zero-crossing 機率的變化。

1Mbps BPSK 2Mbps DQPSK

5.5Mbps OQPSK 11Mbps QPSK

圖 4.10 802.11b Chip Code Trajectory

Input Power= -20dBm~0dBm，EVMrms for 1M/2M/5.5M/11M bps 的比較結果 如圖 4.11 表示在 Sample 1 的結果，圖 4.12 表示在 Sample 2 的結果。

從圖 4.11 及圖 4.12 EVM(rms)結果可看出，隨著 Input Power 愈來愈大，

EVM(rms)愈來愈差，未過 P1dB 點時，已呈現 1Mbps 最差，5.5Mbps 最好的現 象，過了 P1dB 之後，隨著 PA 進入飽合區，Output Power 已經不再隨著 Input Power 的增加而增加，EVM(rms)的趨勢一樣維持在 1Mbps 最差，5.5Mbps 最好 的狀況，可以間接證明第三章所做的 zero-crossing 理論無誤。由於 EVM(Error Vector Magnitude)是由振幅誤差（Magnitude error）及相位誤差(Phase error) 所構成，我們嘗試分析 Magnitude error，可以得到結果，如圖 4.13、圖 4.14：

Sample1 EVM (rms) vs Pin

0

Sample2 EVMrms vs Pin

Magnitude error 愈來愈差，未過 P1dB 點時，呈現 1Mbps 最差，5.5Mbps 最好 的現象，此部分與 EVM(rms)的分布相同，過了 P1dB 之後，隨著 PA 進入飽合 區，Output Power 已經不再隨著 Input Power 的增加而增加，一直到 Pin=-7dBm 的地方，EVM(rms)的趨勢一樣維持在 1Mbps 最差，5.5Mbps 最好的狀況，且 Magnitude error 的曲線幾乎與 EVM(rms)一致，可以說在 Pin<-7dBm 的時候，

Magnitude error 是主要影響 EVM 的參數。

但過了 Pin＝-7dBm 的位置後，1Mbps 與 2Mbps 的曲線漸漸靠近 11Mbps，

EVM(rms)的曲線與 Magnitude error 的曲線稍有不同，Magnitude error 在 1Mbps 及 2Mbps 下降， EVM(rms)沒有隨著下降，這部分的原因，我們可以接 著比較其他與 EVM 有關的參數。

Sample1 M ag err vs Pin

圖 4.13 Magnitude error vs. Pin on Sample 1

Sample2 Mag err vs Pin

0

圖 4.14 Magnitude error vs. Pin on Sample 2

在 Phase error 的比較中，圖 4.15 表示 Sample 1，圖 4.16 表示 Sample 2。

隨著 Input Power 愈來愈大，Phase error 最後的分布的確是 1Mbps 最差，

5.5Mbps 最好的現象，但仔細觀察，在 Pin<-7dBm 之前，1M/2M/5.5M/11Mbps 彼此間的差距並不大，最大的 phase error 差約 0.1deg，在 Pin＞-7dBm 後，

1M/2M/5.5M/11Mbps 彼此間的差距才開始拉大，從此現象比較 Magnitude error 及 EVM(rms)的分布可以推論:

在 Pin<-7dBm 時，EVM(rms)主要由 Magnitude error 所影響，Pin>-7dBm 之 後，EVM(rms)主要由 Magnitude error 加上 Phase error 所影響，即在

Pin<-7dBm 時，Phase error 的影響不大，Pin>-7dBm 之後，Phase error 劣化 的影響才顯現出來。

圖 4.15 Phase Error vs. Pin on Sample 1

Sample2 Phase err vs Pin

圖 4.16 Phase Error vs. Pin on Sample 2

接著，我們再將 1M/2M/5.5M/11M bps 的 Quadrature error 來作比較，並 分析其結果，如圖 4.17 表示 Sample 1，圖 4.18 表示 Sample 2。

如圖所示，Quadratue error 在不同的數位調變之間的關係並不明顯，最大 的 Quadrature error 僅介於

±

0.05 mdeg 之間，誤差極小。對照 EVM(rms)的 曲線，看不出其中的關聯性，而在 Gain Imbalance 的參數分析上也是如此，

如圖 4.19 表示 Sample 1，圖 4.20 表示 Sample 2，不同調變之間的 Gain Imbalance 皆小於 0.01dB，誤差極小。

在 Quadrature error 及 IQ Gain Imbalance 的分析中，我們可以推論這兩 項參數對於 EVM(rms)變差的貢獻不大。

Sample1 Quad err v s Pin

Quad err(mdeg) 1M

2M 5.5M 11M

圖 4.17 Quad Error vs. Pin on Sample 1

Sample2 Quad err vs Pin

-0.1

Quad err(mdeg) 1M

2M 5.5M 11M

圖 4.18 Quad Error vs. Pin on Sample 2

Sample 1 Gain Imbalance v s Pin

圖 4.19 Gain Imbalance vs. Pin on Sample 1

Sample2 Gain Imbalance vs Pin

-0.01

圖 4.20 Gain Imbalance vs. Pin on Sample 2

在以上影響 EVM(rms)的四項參數 Magnitude error、Phase error、

Quadrature error、Gain Imbalance 的分析中，對於 EVM(rms)變差的原因，

主要雖然是 Magnitude error，但造成這些 error 的原因，直觀來說當然是因 為 IQ unbalance 所造成，但造成 IQ unbalance 的原因可能是電路設計或 IC 製造的過程中無法做到百分之百的對稱，即電路 Mismatch 的情況無法避免，

因此會產生這些影響 EVM 的誤差。

在文檔中 數位調變之向量誤差改善 (頁 58-72)